压力容器疲劳寿命的简化评定方法

?必威动态 ????|???? ?2019-07-25 12:01


  早在20世纪60年代初,ASME压力容器规范就以Langer的研究成果为基础t1,引入了疲劳设计方法。2002年发布的EN13445标准博采众长而又锐意革新,在压力容器技术发展史上具有里程碑意义。实际使用中,应力系数n的值可以按照详细结构的编号并结合使用条件从EN13445―3的表17―1中查取。该表将具体结构分为柱壳、球壳、碟形封头、锥形封头、壳体开孔、法兰、夹套、焊接平封头、螺栓联接平封头等11大类。一些大类还进一步细分为若干小类。根据这些详细分类并结合使用条件就可以确定应力系数n的值。
  2.2应力范围的确定与修正2.2.1准弹性应力范围的确定准弹性应力范围~由下式确定:中,Pmax为构件或压力容器部件的最高许用压力;/为构件或压力容器部件在计算温度下的名义设计应力。
  8所给的规则适当增加;录,此时应力系数n无法查取,为了评定这些结构的疲劳寿命,n可以根据结构在最高许用压力Pmax下的最大结构应力来求取;为简化计算,可以使用整个容器的最高许用压力Pmax,或者所有容器构件中的最高名义设计应力,但这些简化会使结果趋于保守;当压力容器部件的最高许用压力取决于一个以上的f值时(比如接管及壳体材料不同时的开孔部位),f值应是在户影响下所考虑部件在不同材料下的最高值。
  2.2.2应力范围的修正曲线按类别号进行区分,标识UW的一条曲线用于未焊接区域,其它用于焊接区域;其上的数字为类别号,对应于许用循环(continue)数N=2X106时的许用应力范围;每条曲线有两部分,分界点是与恒幅持久极限At相对应的循环数,这一循环数对于焊接接头为5X106,对于非焊接区为2X106;图中的点划线用于非恒幅载荷;曲线止于循环数N=1X108,相应的应力范围是截止极限当应力范围低于这一极限时,无疲劳损伤发生,即不必考虑疲劳。
  2(对于焊合接头)2.3.3疲劳评定若为恒幅载荷(特殊情况),且满足At Ar,则设计是可行的。分气缸也叫分汽包,它是 蒸汽锅炉的主要配套设备,广泛用于发电、石油化工、钢铁、水泥、建筑等行业。
  若为变幅载荷(通常情况),考虑到循环的累积效果,由此而产生的总的疲劳损伤指数D可依Miner准则按下式计算:十:十:十etc N*对应于(At*)的许用循环数如果满足D  按上述步骤,对可能存在疲劳破坏的所有部件进行计算所得最低寿命即为容器的疲劳寿命。不锈钢储罐有较强的耐腐性,它不受外界空气及水中余氯腐蚀。每个球罐出厂前均经受超强的压力测试和检验,在常压下使用寿命可达100 年以上。
  3与JB4732疲劳设计的比较早在几十年前,人们就己经认识到疲劳失效是压力容器的主要失效形式之一161,一些国家也逐渐开始在压力容器标准中列入疲劳设计的网站内容。目前的压力容器疲劳设计,主要源于两大国际标准,即美1997的附录Cn.JB4732―95在附录C中也给出了以疲劳分析为基础的设计(补充件),它主要借鉴了ASMEBPVCV―2的经验。而EN13445中的疲劳设计则直接源自和改进于英国的BSPD5500和德、法相关(related)规范。因而两者在设计方法、免除规定(guī dìng)、疲劳曲线和变幅载荷的处理等基本问题上有相同之处,也有不同之处。
  3.1设计方法现行的疲劳设计方法很多,如安全寿命、破损安全、损伤容限、概率(probability)疲劳设计等。压力容器的疲劳设计主要是使用前两种方法,其区别主要在于:破损安全设计承认材料存在缺陷,它采用断裂力学的方法,根据裂纹在交变应力作用下的扩展速率,求出在所要求的交变载荷循环次数时裂纹的扩展长度(或深度),并根据容器(或元件)的实有厚度判断其是否安全;或者求出裂纹扩展到某一允许长度(或深度)时所可以承受的交变载荷的循环次数,并根据所受交变载荷下的设计循环次数来判断该容器(或元件)是否安全,这一方法为ASMEBPVCI(核动力设备)所采用。ASMEBPVCVVH2和JB4732*95中所采用的都是安全寿命设计,它不考虑裂纹的存在,而采用基于材料力学和弹性力学的方法,求取元件的交变应力幅,并将它限于由实验求得、和载荷循环次数相对应的许用应力幅以下。这一相对成熟和简明的方法也为EN13445的疲劳设计所采用。
  3.2免除规定(guī dìng)的AD―160中,都给出了免于疲劳分析的判断条件,如JB别给出了使用经验、容器整体部件、带补强圈的接管及非整体结构三种情况下的免除疲劳分析的判断条件,AD本思想上的一个不同点。压力容器并对每个类别的压力容器在设计、制造过程,以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度,未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。
  3.3变幅载荷的处理实际工作的压力容器往往受到不同交变载荷的作用,所以必须考虑疲劳损伤的累积作用。目前己经提出的关于疲劳破坏的累积损伤理论己有几十种,又可分为线性疲劳累积损伤、双线性累积损伤、非线性累积损伤等几大类。JB4732*95及ASMEB聚氯乙烯(Polyvinyl chloride)WDiv-2都米用了Miner的线性累积损伤理论。
  该理论的基本观点是:每一交变应力循环,只要交变应力幅值超过疲劳持久极限,就会对构件造成一定程度的损伤,其损伤程度根据交变应力幅Si下的交变循环次数ni和该交变应力幅下的许用循环次数Ni的比值确定;各应力幅值对构件引起的损伤是逐步积累的,其积累的关系按比值进行叠加,与不同应力幅值的加载次序无关。Miner的线性累积损伤理论因为没有考虑应力之间的相互作用,并假定低于疲劳极限的应力不产生疲劳损伤,因而精度稍低。但因为形式简单、使用方便、在工程中得到了广泛(extensive)应用,所以也为EN13445的疲劳设计采纳。
  3.4疲劳曲线ASMEBPVC-2所推荐的疲劳曲线是以光滑试件进行疲劳试验,然后取寿命安全系数为20,应力安全系数为20,再对疲劳曲线进行调整,以二者中的较低值作为疲劳设计曲线,JB4732―95中也采取了与此类似的办法;而EN13445中的疲劳曲线则借鉴了BSPD5500的经验,是以板(实验时施加轴向力)或梁(实验时施加弯矩)的焊合试样进行疲劳试验,然后将应力安全系数和寿命安全系数分别取1.5和10而得到的。Journal JB4732―95钢制压力容器――分析设计标准。
  靠性与延寿技术、高温结构完整性方面的研宄,通讯地址:上海市华东理工大学机械与动力工程学院过程设备科学与工程研宄室。